December 8, 2021

Fenotipado de la enfermedad de Alzheimer con análisis de sangre

La enfermedad de Alzheimer (EA) se caracteriza por agregados de proteínas cerebrales de amiloide-β (Aβ) y tau fosforilada (pTau) que se convierten en placas y ovillos, y neuritas distróficas que rodean las placas, que se acompañan de neurodegeneración aguas abajo. Estos cambios proteicos se pueden utilizar como biomarcadores detectados mediante tomografía por emisión de positrones (PET) y en el líquido cefalorraquídeo (LCR), lo que permite la clasificación ATN (amiloide, tau y neurodegeneración) de los pacientes. Este fenotipado se ha convertido en estándar en los ensayos clínicos de EA para superar la alta tasa de clasificación errónea (20 a 30%) de los criterios clínicos y también permite la inscripción de pacientes preclínicos con EA. La reciente aprobación de la primera inmunoterapia anti-amiloide modificadora de la enfermedad, aducanumab, para la EA generará la necesidad de biomarcadores ampliamente accesibles y económicos para la clasificación ATN de pacientes con quejas cognitivas. Los avances tecnológicos también han superado los desafíos de medir las cantidades extraordinariamente bajas de proteínas derivadas del cerebro en muestras de sangre, y estudios recientes indican que los análisis de sangre para la EA pronto serán posibles.

La variante Aβ42 de Aβ es propensa a la agregación y se deposita en placas en el cerebro de personas con EA, mientras que la isoforma Aβ40 más corta es, con mucho, el péptido Aβ más abundante (ver la figura). Por tanto, a medida que la EA progresa y Aβ42 forma placas, se reduce su concentración en el LCR y la sangre. Se sabe que la determinación de la relación de las concentraciones de Aβ42 y Aβ40 en el LCR se ajusta a las diferencias entre individuos en la producción “total” de Aβ, aumentando así la concordancia con las imágenes de PET amiloide para detectar la amiloidosis cerebral. Aplicando el mismo principio para el Aβ en plasma sanguíneo, las medidas de inmunoprecipitación-espectrometría de masas (IP-MS) de la relación Aβ42 / Aβ40 en plasma pueden alcanzar una precisión superior al 90% para identificar la amiloidosis cerebral (1). Un estudio poblacional de 441 ancianos asintomáticos indica que el Aβ en plasma de IP-MS puede identificar a los que son positivos para PET amiloide con alta precisión (2).

Biomarcadores de la enfermedad de Alzheimer

La baja proporción de isoformas de amiloide-β (Aβ) 42/40 se asocia con amiloidosis cerebral, y varios fragmentos de tau fosforilados (pTau) aumentan con la patología de tau; ambos son biomarcadores sanguíneos específicos para la enfermedad de Alzheimer (EA). Entre los biomarcadores de neurodegeneración, la luz del neurofilamento (NFL) aumenta moderadamente en la EA, y la tau total (T-tau) aumenta notablemente solo en el líquido cefalorraquídeo (LCR), y no en la sangre, en la EA. La proteína ácida fibrilar glial (GFAP) es un biomarcador sanguíneo candidato para la activación astrocítica, para indicar neuroinflamación.

GRÁFICO: KELLIE HOLOSKI /CIENCIA

Entonces surge la pregunta de si la detección de Aβ en plasma puede reemplazar las pruebas de PET o LCR para la amiloidosis cerebral. Un problema potencial es que el Aβ se produce no solo en el cerebro, sino también en las plaquetas y los tejidos periféricos, lo que oscurecerá la señal de Aβ derivada del sistema nervioso central en el plasma. En consecuencia, en los casos de PET amiloide positivo, la relación plasmática Aβ42 / Aβ40 es solo ~ 10% menor que en individuos sin amiloidosis cerebral, mientras que es más del 40% menor en LCR (3). Esto conduce a una superposición que presenta desafíos para clasificar sólidamente a los individuos como amiloide positivos o negativos, especialmente en aquellos con proporciones Aβ42 / Aβ40 cercanas al límite de normalidad. Algoritmos que combinan la relación plasmática Aβ42 / Aβ40 con la variante ϵ4 de la apolipoproteína E (APOE), que es el principal gen de riesgo de EA, y la edad (el principal factor de riesgo de EA) aumenta la precisión en la detección de la amiloidosis cerebral entre un 2 y un 6% (2, 3). Sin embargo, la combinación de datos de biomarcadores con riesgo genético y envejecimiento puede causar confusión porque algunos jóvenes APOE-ϵ4 no portadores con niveles bajos de Aβ42 / Aβ40 en plasma serán clasificados erróneamente como amiloide negativos por el algoritmo, mientras que una proporción de individuos mayores con homocigotos APOE-ϵ4 pero Aβ42 / Aβ40 en plasma normal se clasificará erróneamente como amiloide positivo.

La proteína tau se trunca en fragmentos de dominio amino-terminal a medio antes de ser secretada en el plasma sanguíneo y el LCR (4). CSF pTau se ha utilizado durante mucho tiempo como un biomarcador específico de EA. Un avance importante es el uso de nuevos métodos ultrasensibles que permiten la cuantificación de pTau en el plasma sanguíneo, con concentraciones elevadas en la EA (5). De 321 pacientes y controles, altas concentraciones plasmáticas de fragmentos de pTau181 se asociaron con patología de tau cerebral medida por PET (6). Posteriormente se presentaron resultados similares para otras especies de pTau, incluido pTau217 (7) y pTau231 (8).

Los hallazgos de una precisión muy alta del pTau217 plasmático en la capacidad de discriminar la EA de otros trastornos neurodegenerativos (7) y datos de IP-MS que muestran una mayor magnitud de aumento y una mejor asociación con las placas amiloides por PET de pTau217 en plasma que de pTau181 (4) sugieren que puede haber diferencias diagnósticas o fisiopatológicas entre las especies de pTau, pero esto sigue siendo un tema de debate. No obstante, todos estos biomarcadores sanguíneos pTau muestran una alta concordancia con la patología de la EA en la autopsia, con precisiones para diferenciar la EA de los casos de demencia sin EA de hasta el 99% para pTau231 (8).

Sin embargo, estos estudios se basan en diferentes métodos analíticos y cohortes. En un intento de comparar directamente estas especies de pTau, un estudio de 381 participantes que emplearon inmunoensayos digitales para pTau181, pTau217 y pTau231 encontró fuertes correlaciones con las cantidades de especies de pTau en el LCR. Además, aunque el cambio de veces fue mayor para pTau217, la precisión en la identificación de la positividad de la PET amiloide fue muy alta para todas las especies de pTau (9), lo que sugiere que las diferencias no son significativas. Un estudio de dos grandes cohortes de 883 individuos con síntomas cognitivos también mostró una alta precisión (90 a 91%) tanto de pTau181 como de pTau217 en plasma para predecir la progresión clínica a la demencia AD en algoritmos que incluyen pruebas de memoria y función ejecutiva y APOE genotipado10). En general, los biomarcadores pTau plasmáticos cumplen muchos requisitos para una prueba de EA clínicamente útil, con un gran cambio en la EA (entre dos y cuatro veces mayor en EA que en los controles sin EA en los estudios), y un aumento temprano en el continuo de EA (incluso preclínicamente), una asociación con la fisiopatología de la tau asociada a amiloide y la carga de enredos en el cerebro, y un aumento que se encuentra específicamente en la EA pero no en otros tipos de demencia.

Los hallazgos de un aumento temprano de los fragmentos de pTau en plasma en pacientes con evidencia de placas amiloides, pero no anomalías de tau, mediante imágenes de PET pueden interpretarse como una respuesta neuronal a los agregados de Aβ que da lugar a un aumento de la secreción de pTau en el LCR y el plasma sanguíneo. Sin embargo, los hallazgos en los estudios de biomarcadores son solo asociaciones y pueden no revelar directamente relaciones causales. Por ejemplo, el pTau231 en plasma muestra un aumento de 10 a 15 veces dentro de las 24 horas posteriores a la lesión cerebral traumática aguda, especialmente evidente en pacientes más jóvenes (que es poco probable que tengan patología amiloide o tau) (11). La tau total (T-tau), que se refiere a cualquier variante o fragmento de tau independientemente de la fosforilación, y otras proteínas cerebrales como la proteína ácida fibrilar glial (GFAP) también aumentan en el plasma sanguíneo, hipotéticamente mediado por un compromiso de la sangre inducido por un trauma. barrera cerebral, con liberación de proteínas preexistentes en el espacio extracelular. Incluso si operan diferentes mecanismos en trastornos específicos, se necesita más investigación para comprender los mecanismos subyacentes al aumento de pTau plasmático en la EA.

En la búsqueda de biomarcadores sanguíneos de neurodegeneración, se ha hecho evidente que, a diferencia del LCR, donde la T-tau está marcadamente aumentada en la EA, la T-tau no funciona como un biomarcador de la neurodegeneración de la EA en la sangre. En cambio, otra proteína axonal, la luz del neurofilamento (NFL), se ha evaluado como un biomarcador de neurodegeneración de la EA sustituto, aunque no está involucrada en la patogénesis de la EA. Las concentraciones plasmáticas de NFL se correlacionan bien con las concentraciones de LCR, lo que respalda que refleja la fisiopatología del cerebro. Pero se encuentran grandes cantidades en una amplia variedad de trastornos neurodegenerativos, por lo que este biomarcador carece de especificidad. Sin embargo, la NFL plasmática, que muestra un modesto aumento en la EA, predice tanto el deterioro cognitivo como la tasa de neurodegeneración medida por la atrofia en las imágenes cerebrales. En particular, las concentraciones de NFL tanto en plasma como en LCR aumentan en personas cognitivamente intactas con EA autosómica dominante 7 años antes del inicio de los síntomas (12), por lo que este puede ser un buen biomarcador para predecir la EA.

Otro biomarcador de sangre candidato a la EA incluye la proteína astrocítica GFAP, que está marcadamente aumentada en la EA. Plasma GFAP distingue a ancianos cognitivamente normales con PET amiloide positivo y negativo con alta precisión (13), y puede servir como un biomarcador sanguíneo para la activación glial y la neuroinflamación.

A pesar de las reducciones rápidas y sólidas en la unión del ligando de PET amiloide después del tratamiento con inmunoterapias Aβ (indicativo de la participación de la diana del fármaco), los efectos sobre los resultados cognitivos han sido menos evidentes. Por lo tanto, la evidencia de biomarcadores de los efectos posteriores en la reducción de la patología de tau y la neurodegeneración es importante para respaldar los efectos modificadores de la enfermedad de esta clase de fármacos. Dado que en la mayoría de los ensayos clínicos solo un pequeño porcentaje de los pacientes inscritos se someten a punciones lumbares repetidas para la prueba del LCR, los biomarcadores sanguíneos podrían desempeñar un papel importante para lograrlo. Los datos de otras áreas de la neurociencia clínica muestran que los niños con atrofia muscular espinal tienen un aumento marcado en LCR NFL, pero el tratamiento con el fármaco oligonucleotídico antisentido nusinersen da como resultado una reducción sucesiva de las concentraciones de NFL en el LCR con normalización después de ~ 7 meses, y la reducción se correlaciona con mejoras clínicas (14). Se observan reducciones similares, pero menos pronunciadas, de NFL en plasma con tratamientos modificadores de la enfermedad en pacientes con esclerosis múltiple. Estos hallazgos pueden servir como prueba de concepto de la utilidad de la NFL plasmática en la identificación de los efectos de los fármacos posteriores en la neurodegeneración. El compromiso objetivo del fármaco anti-Aβ, aducanumab, se demostró en 2017, con reducciones dependientes de la dosis en la PET amiloide (15), pero hasta la fecha no hay informes de efectos sobre biomarcadores sanguíneos de neurodegeneración (o patología tau) de ningún ensayo de inmunoterapia Aβ.

Los estudios actuales de biomarcadores de EA en sangre provienen exclusivamente de cohortes en centros de investigación altamente especializados. Por lo tanto, se necesita una mayor validación clínica, específicamente en la precisión diagnóstica de los biomarcadores sanguíneos de EA, solos o en combinación, en poblaciones de pacientes consecutivas en clínicas de memoria y en entornos de atención primaria. Además, debido a que el pTau en plasma aumenta progresivamente con la patología de tau en el cerebro y en un estadio clínico más avanzado, se necesitan más datos sobre la precisión de los biomarcadores de pTau en plasma para identificar a las personas con síntomas preclínicos o tempranos que desarrollarán EA. Además, se necesitan estudios que comparen las especies de pTau en plasma en las mismas cohortes y que utilicen la misma tecnología para comprender si existen diferencias fisiopatológicas entre los epítopos de pTau. Los ensayos actuales son de grado de investigación y se necesita una validación analítica completa de los métodos para lograr resultados precisos y comparables entre laboratorios, así como esfuerzos globales para desarrollar materiales de referencia certificados para lograr la armonización entre plataformas de ensayo. La transferencia de los análisis de sangre a plataformas totalmente automatizadas también ayudaría a agilizar estos procedimientos y a establecer estos análisis de sangre como herramientas clínicamente útiles. Por último, para que los biomarcadores sanguíneos sean sustitutos atractivos de las imágenes, los costos deben ser sustancialmente más bajos que los costos de las tomografías por emisión de positrones.

Expresiones de gratitud: KB ha sido consultor de Axon, Biogen, Lilly y Roche Diagnostics y es cofundador de Brain Biomarker Solutions en Gothenburg AB.